(57)【要約】  良好な初期接合性と、高い信頼性とを有するＣｕワイヤボンド接合が可能な電極（ボンディングパッド）を有する半導体装置、半導体パッケージ及びそれらの製造方法が得られる。半導体装置は、能動素子と、上記能動素子と電気的に接続されたアルミニウムを主成分とする電極（８）と、上記電極（８）の中央部のみに配置され、機械的強度が銅以上の応力緩和膜（６）とを備える。このようにすれば、ボンディングの際の能動素子へのダメージを少なくすることができ、ボンディングワイヤであるＣｕワイヤとボンディングパッドである電極との良好な接合をすることができる。
2012005073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動素子と、
前記能動素子と電気的に接続されたアルミニウムを主成分とする電極（８）と、
前記電極（８）の中央部のみに配置され、
機械的強度が銅以上の応力緩和膜（６）とを備えた、半導体装置。
【請求項２】
前記応力緩和膜（６）が、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、白金、タンタル、ニッケル、またはこれらの合金のいずれかを含む、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
導電部（２２）を含むフレーム（２３）と、
前記フレーム（２３）に隣接して配置された請求項１に記載の半導体装置と、
前記半導体装置の前記電極（８）と前記導電部（２２）とを電気的に接続する導電線（１）とを備えた、半導体パッケージ。
【請求項４】
半導体基板上に能動素子を形成する工程と、
前記能動素子上にアルミニウムを主成分とする電極（８）を形成する工程とを備え、
前記電極（８）を形成する工程は、前記電極（８）の中央部のみに配置され、機械的強度が銅以上の応力緩和膜（６）を形成する工程を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記応力緩和膜（６）が、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、白金、タンタル、ニッケル、またはこれらの合金のいずれかを含む、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
導電部（２２）を含むフレーム（２３）を準備する工程と、
前記フレーム（２３）に隣接して、請求項４に記載の製造方法により製造された半導体装置（２０）を配置する工程と、
前記半導体装置（２０）の前記電極（８）と前記導電部（２２）とを導電線（１）で接続する工程とを備えた、半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイコンやパワートランジスタなど能動素子近傍にワイヤボンド用の電極が形成された半導体装置、半導体パッケージ及びそれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子の電極と基板電極、または別の半導体素子の電極同士を電気的に繋ぐ方法として、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）などのワイヤボンドが用いられてきた。特に狭いピッチの電極（小パッド）には、ワイヤの機械的性質などからＡｕワイヤが主に用いられるが、コスト低減のためのＣｕワイヤも適用されてきている。Ｃｕはワイヤ材の中で比較的機械的強度が高いため、半導体素子へのダメージ低減策として、半導体素子側の電極（ボンディングパッド）としてＡｌを主成分とした電極層の表面にＣｕ膜を形成した構成（例えば特開昭６３−１６４３２９号公報（特許文献１）参照）や、半導体素子上に、Ａｌを主成分とした下地層と、バリア層と、ボンディングワイヤと接合するための接合層とがこの順に形成されたボンディングパッドが提案されている（例えば特開２００２−７６０５１号公報（特許文献２）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１６４３２９号公報
【特許文献２】特開２００２−７６０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に示したように、ボンディングパッド表面に機械的強度の高いＣｕ膜を形成した場合、半導体素子へのダメージは低減されるが、ワイヤボンド時にパッド表面が変形しにくいことからボンディングパッドの表面酸化膜が破れにくく、初期接合性が低下することが問題になっていた。【０００５】
また、特許文献２に示したような、機械的強度の高いバリア層を接合層と下地層との間に挿入した場合は、初期接合性をある程度維持しながら半導体素子へのダメージは低減されるが、ワイヤボンディング時に排斥されるボンディングパッドの中に、軟らかい接合層および下地層と硬いバリア層とが混在することになる。そのため、機械的強度差が大きいバリア層と下地および接合層との界面に亀裂が生じる。そして、これが起点となって、下地層まで亀裂（クラック）が進展して、半導体装置の長期信頼性が低下することが問題となっていた。【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、良好な初期接合性と、高い信頼性とを有するＣｕワイヤボンド接合が可能な電極（ボンディングパッド）を有する半導体装置、半導体パッケージ及びそれらの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従った半導体装置は、能動素子と、上記能動素子と電気的に接続されたアルミニウムを主成分とする電極と、上記電極の中央部のみに配置され、機械的強度が銅以上の応力緩和膜とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、ボンディングの際の半導体素子へのダメージを少なくすることができ、ボンディングワイヤとボンディングパッドとの良好な接合をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による半導体装置の実施の形態を示す断面模式図である。
【図２】本発明による半導体装置の実施の形態を示す断面模式図である。
【図３】本発明による半導体装置の実施の形態を示す断面模式図である。
【図４】本発明による半導体パッケージの実施の形態を示す模式図である。
【図５】比較例による半導体装置を示す断面模式図である。
【図６】比較例による半導体装置を示す断面模式図である。
【図７】比較例による半導体装置を示す断面模式図である。
【図８】比較例による半導体装置を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１１】
（実施の形態）
図１を用いて、本発明による半導体装置の構造を説明する。
【００１２】
本発明による半導体装置は、能動素子（図示せず）を含む半導体素子３と、絶縁層４と、電極としてのボンディングパッド８とを備える。半導体素子３の上に絶縁層４が形成されている。上記絶縁層４の上に、上記能動素子と電気的に接続されるボンディングパッド８が形成されている。ボンディングパッド８上に、当該ボンディングパッド８の上部表面を規定する開口部１６が形成された被覆層１５が配置されている。ボンディングパッド８は、アルミニウムを主成分とする電極であり、図１に示したＣｕワイヤ１がワイヤボンディングされるパッド電極である。ボンディングパッド８は、第１配線層５と、応力緩和膜６と、第２配線層７とを含む。第１配線層５および第２配線層７は、それぞれアルミニウムを主成分とする導電体層である。第１配線層５は、上記絶縁層４上に形成されている。上記第１配線層の上に、応力緩和膜６が形成されている。応力緩和膜６上には第２配線層７が形成されている。応力緩和膜６は、平面視においてボンディングパッド８の中央部にのみ配置される。応力緩和膜６は、その機械的強度（モース硬度）が銅以上となっている（つまり応力緩和膜６のモース硬度は、銅のモース硬度より大きくなっている）。第２配線層７上に上記被覆層１５が配置されている。
【００１３】
図１に示した本発明による半導体装置は、ボンディングパッド８の中央部のみに銅以上の機械的強度を有する応力緩和膜６を備えているため、後述するようにＣｕワイヤ１接合時にＡｌからなるボンディングパッド８の表面の変形を妨げず、良好な初期接合性を確保できる。
【００１４】
図１を用いて、半導体装置の製造方法を説明する。
まず、従来周知の方法により能動素子（図示せず）が形成された半導体素子３を準備する。半導体素子３は、たとえば半導体基板と、当該半導体基板に形成された能動素子とを含んでいてもよい。この能動素子は、たとえばマイコン、パワートランジスタなどを構成する素子であってもよい。そして、半導体素子３の上部表面上にＣＶＤ法や熱酸化法などにより絶縁層４を形成する。その上に、スパッタリング法などによりＡｌからなる第１配線層５を形成する。次に、第１配線層５上に応力緩和膜６を形成する。応力緩和膜６を形成するための方法として、従来周知の任意の方法を用いることができる。たとえば、第１配線層５上に、図１に示した応力緩和膜６が形成されるべき領域に開口パターンを有するレジスト膜を、フォトリソグラフィ法を用いて形成する。そして、スパッタリング法などにより、機械的強度が銅以上であるチタン（Ｔｉ）などからなる導電体層（図示せず）を、上記開口パターン内部およびレジスト膜上に形成する。続いて、薬液などを用いてレジスト膜を除去する。この結果、レジスト膜上に形成されていた導電体層の部分がレジスト膜とともに除去される（リフトオフ）。このようにして、ボンディングパッド８の平面視における中央部のみに応力緩和膜６を形成することができる。
【００１５】
その後、応力緩和膜６上および第１配線層５の露出した上部表面を覆うように、スパッタリング法などにより第２配線層７を形成する。この第２配線層７上に、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト膜（図示せず）を形成する。当該レジスト膜には、ボンディングパッド８の平面形状に対応する開口パターンが形成されている。このレジスト膜をマスクとして用いて、だ２配線層７および第１配線層５を部分的に除去することにより、所定の平面形状を有するボンディングパッド８を形成する。その後、レジスト膜を除去する。
【００１６】
さらに、第２配線層７上に、被覆層１５となるべき膜を、ＣＶＤ法などを用いて形成する。この膜上に、図１に示した開口部１６となる領域に開口パターンが形成されたレジスト膜をフォトリソグラフィ法などを用いて形成する。そして、当該レジスト膜をマスクとして用いて、開口パターン内において露出している上記膜を部分的に除去する。この結果、上記膜において図１に示す開口部１６が形成される。その後、レジスト膜を除去する。この結果、開口部１６を有する被覆層１５を形成することができる。このようにして、図１に示した本発明による半導体装置を得ることができる。
【００１７】
次に、図１〜図４を用いて、図１に示した半導体装置を用いた、本発明による半導体パッケージの製造方法を説明する。
【００１８】
まず、導電部２２を含むフレーム２３（図４参照）を準備する。次に、上記の製造方法により作製された半導体装置２０を上記フレーム２３に隣接して（具体的にはフレーム２３上の所定の位置に）配置する。なお、フレーム２３と半導体装置２０とは、互いに接続層などにより接続固定されていてもよい。半導体装置２０の上部表面には、図１に示した断面構造のボンディングパッド８が複数形成されている。また、フレーム２３には、半導体装置２０を配置する領域を囲むように、複数の導電部２２が形成されている。上記半導体装置２０のボンディングパッド８と上記導電部２２とを、Ｃｕワイヤ１で接続することにより、本発明による半導体パッケージを得ることができる。
【００１９】
次に、本発明による半導体装置による効果をより詳しく説明するため、上記半導体装置のボンディングパッド８とＣｕワイヤ１との接続工程を以下に説明する。図２のように、Ｃｕワイヤ１の接合部として、Ｃｕワイヤ１の端部を加熱溶融することによってボール部２を形成する。このボンディングパッド８の表面にボール部２の表面を接触させる。この後、ワイヤボンド装置（ワイヤボンダ）のツールをボール部２に接触させ、ボール部２をボンディングパッド８側に押圧するように荷重を加えるとともに超音波を印加する。この結果、Ｃｕワイヤ１のボール部２の表面と、ボンディングパッド８の表面との表面酸化膜を塑性変形により機械的に破壊できる。そして、ボール部２とボンディングパッド８との表面のうち上記表面酸化膜が破壊され、互いに接触した部分（接合領域）において、熱拡散が起きることにより、図２および図３に示す合金層１１が形成される。そして、Ｃｕワイヤ１が図２および図３に示すように半導体素子３側に押し込まれた状態で、ボンディングパッド８とＣｕワイヤ１のボール部２とが接続固定される。
【００２０】
このようにして、Ｃｕワイヤ１をボンディングパッド８にワイヤボンディング（接合）することができる。このとき、応力緩和膜６がボンディングパッド８の平面視における中央部に予め形成されているため、Ｃｕワイヤ１を半導体素子３側に押圧する（ワイヤボンディングを行なう）ことに起因して半導体素子３に加わる応力の値を小さくできる（つまり、応力緩和膜６を半導体素子３の保護層として利用できる）。また、ボンディングパッド８の中央部のみに応力緩和膜６が形成されているので、ワイヤボンディングの結果として形成される排斥物１０（図２参照）に、応力緩和膜６に起因する合金層が含まれる可能性を低くできる。このため、当該排斥物１０において、上記合金層の存在に起因して亀裂が発生するといった問題が起きることを避けることができる。
【００２１】
なお、上記半導体素子３上のボンディングパッド８上に、開口部１６（図１参照）と同様形状の開口パターンを有するマスクを形成し、スパッタ装置などでボンディングパッド８の表面およびマスクの上部表面上に所定厚さのＣｕ層（図示せず）を形成することができる。その後、マスクを除去することにより、ボンディングパッド８の表面上のみにＣｕ層を形成できる。
【００２２】
このとき、当該Ｃｕ層の形成に先立って、逆電極スパッタやアルゴンプラズマなどで、ボンディングパッド８の表面の酸化膜を除去する工程を実施することが望ましく、Ｃｕ層の成膜時の真空度が高い方がより望ましい。この後、高真空または窒素や水素、またはこれらの混合ガス雰囲気下（つまりＣｕ層などが通常の大気雰囲気より酸化しにくい環境下）で、加熱温度を２００℃以上かつボンディングパッド８の構成材料の融点以下とした熱処理を行なうことにより、ボンディングパッド８の表面にＣｕ−Ａｌ合金からなる合金層（図示せず）を形成してもよい。
【００２３】
次に、図３および図４を用いて、半導体パッケージ２４の構造を説明する。
本発明による半導体パッケージ２４は、導電部２２を含むフレーム２３に隣接して（たとえばフレーム２３上の所定の位置に）、ボンディングパッド８を含む半導体装置２０が配置されており、ボンディングパッド８と上記導電部２２とが導電線としてのＣｕワイヤ１で接続されている。
【００２４】
ここで、本発明による半導体装置は、図１に示すように平面視した場合の中央部のみに銅以上の機械的強度を有する応力緩和膜６を備えている。また、応力緩和膜６の上を覆うようにＡｌを含む第２配線層７が形成されている。このため、図２および図３に示すようにＣｕワイヤ１をボンディングパッド８に接合する時に、Ａｌからなるボンディングパッド８の表面の変形を妨げず、良好な初期接合性を確保する。
【００２５】
また、本発明による半導体装置は、ボンディングパッド８の中央部のみに銅以上の機械的強度を有する応力緩和膜６を備えているため、Ｃｕワイヤ接合時にＣｕワイヤ１からの応力が絶縁層４や半導体素子３に直接的に加えられることがなく、半導体素子３へのダメージを低減する。
【００２６】
さらに、本発明による半導体装置は、ボンディングパッド８の中央部のみに銅以上の機械的強度を有する応力緩和膜６を備えているため、Ｃｕワイヤ１の接合時に、排斥物１０（図２参照）などの中に応力緩和膜６の一部が含まれる可能性が低い。つまり、第１配線層５及び第２配線層７からなる排斥物１０の内部に応力緩和膜６の断片が含有される可能性が低いため、排斥物１０内部において界面剥離（応力緩和膜６の断片と排斥物１０の他の部分との界面における剥離）が起きる可能性が低い。この結果、半導体装置２０および当該半導体装置を用いた半導体パッケージ２４において長期信頼性を確保することができる。
【００２７】
以下、比較例と対比しながら本発明による半導体装置の効果をより具体的に説明する。
まず、図５を用いて、比較例の半導体装置の構造を説明する。
【００２８】
比較例の半導体装置では、半導体素子１０３の上に絶縁層１０４が形成されている。上記絶縁層１０４の上にはボンディングパッド１０８が形成されている。ボンディングパッド１０８上には、開口部１１６を有する被覆層１１５が形成されている。ボンディングパッド１０８は、絶縁層１０４上に形成された第１配線層１０５と、上記第１配線層１０５の上に、全面にわたって形成されたバリアメタル層１０６と、上記バリアメタル層１０６の上に形成された第２配線層１０７とを含む。
【００２９】
図６〜図８を参照して、図５に示した比較例の半導体装置を用いた、比較例の半導体パッケージの製造方法を説明する。
【００３０】
比較例の半導体パッケージの製造方法について後述するボンディング工程（ボンディングパッド１０８とＣｕワイヤ１０１との接続工程）は、既に述べた本発明による半導体パッケージの製造方法におけるボンディング工程と基本的に同様である。まず、導電部を含むフレーム（図示せず）を準備する。次に、図５に示したボンディングパッドを備える半導体装置を準備する。そして、当該半導体装置を上記フレームに隣接して（たとえばフレーム上に）配置する。上記半導体装置のボンディングパッド１０８と上記導電部とをボンディングワイヤで接続することにより、比較例による半導体パッケージを得ることができる。
【００３１】
上記半導体装置のボンディングパッドとボンディングワイヤ（Ｃｕワイヤ）との接続は以下のように行なう。まず、Ｃｕワイヤ１０１の接合部を加熱溶融することによってボール部１０２を形成する。そして、当該ボール部１０２をボンディングパッド１０８と接触させる。この後、ワイヤボンド装置（ワイヤボンダ）のツール１０９を、図６のようにボール部１０２に接触させ、矢印１１８の方向に荷重を加える。また同時に、矢印１１９（図６参照）の方向に超音波を印加することにより、ボール部表面１０２ａとボンディングパッド表面１０８ａとの表面酸化膜を塑性変形により機械的に破壊する。そして、ボール部表面１０２ａとボンディングパッド表面１０８ａとの接合領域において熱拡散が起きることにより、図７に示す合金層１１１が形成される。そして、Ｃｕワイヤ１０１が図７および図８に示すように半導体素子１０３側に押し込まれた状態、ボンディングパッドとＣｕワイヤ１０１とが接続固定される。このようにして、Ｃｕワイヤ１０１をボンディングパッドにワイヤボンディング（接合）することができる。このとき、ボール部１０２は、第１配線層１０７よりも硬いため、図７に示す排斥物１１０が生じる。またこの際、バリアメタル層１０６は破壊され、そのまま残存するバリアメタル層１０６ａと、ボール部１０２近傍にある細かく破砕されたバリアメタル層１０６ｂと、排斥物１１０に巻き込まれたバリアメタル層１０６ｃとに大きく分離することになる。排斥物１１０は、基本的に第１配線層１０７からの排斥物１０７ｂと、細かく破砕されたバリアメタル層１０６ｂと、第２配線層１０５からの排斥物１０５ｂとからなる。この際、排斥物１０５ｂ、１０７ｂは成分が同一であり、機械的特性も同じで比較的軟らかい。一方、破砕されたバリア層１０６ｂは上記排斥物１０５ｂ、１０７ｂなどに比べて相対的に硬い。そのため、図８に示すように排斥物１１０内の排斥物１０５ｂおよび排斥物１０７ｂからなる領域と、バリアメタル層１０６ｂからなる領域との界面でクラック１１２が発生する。そして、当該クラック１１２が進展していくことで、ボンディングパッドとＣｕワイヤ１０１との接合強度が低下する。なお、クラック１１２が発生しているかどうかは、Ｃｕワイヤ１０１を引っ張った時の破断位置が、Ｃｕワイヤ１０１とボール部１０２との界面であるか、絶縁層１０４とボール部１０２との界面であるかで判断することができる。特に熱処理後は合金層１１１が成長するため、上記のような判断が容易となる。
【００３２】
一方、本発明による半導体パッケージ２４では、半導体装置２０のボンディングパッド８とＣｕワイヤ１との接続において、比較例で示した図８のようなクラックは発生しない。本発明において、ボール部２は、第１配線層５及び第２配線層７よりも硬いため、ワイヤボンディング時には図２に示す排斥物１０が生じる。また、応力緩和膜６は、機械的強度（モース硬度）がＣｕよりも大きく、ボンディングパッド８の中央部のみに配置されているので、Ｃｕワイヤ１が半導体素子３側に押圧されることに起因する応力が半導体素子３に直接的に加えられることを抑制できるとともに、応力緩和膜６はワイヤボンディング時に細かく破砕されない。よって、ワイヤボンディング後（接合後）の応力緩和膜６は、細かく破砕されて排斥物１０内に巻き込まれることはない。それゆえ、排斥物１０は、基本的に第１配線層５からの排斥物と、第２配線層７からの排斥物とからなり、応力緩和膜６が細かく破砕された領域と第１配線層５および第２配線層７からの排斥物により構成される領域との界面も生じない。
【００３３】
したがって、本発明による半導体装置のボンディングパッド構造を用いれば、半導体素子３へのダメージが低く、Ｃｕワイヤとボンディングパッドとの接合部における良好な初期接合性及び長期信頼性を有することが示された。
【００３４】
なお、ハンドリング性を向上させるために、本発明による半導体素子３は、Ｃｕなどからなるリードフレームにはんだなどを用いてダイボンドしたものを用いてもよい。通常、半導体素子３側とリードフレーム側（フレーム２３側）の各電極同士をワイヤで接合する（すなわち、半導体素子３側のボンディングパッド８側とフレーム２３側の銅でん部２２との２回、ワイヤボンドを行なう。この場合、半導体素子３側を一次ボンディング、フレーム側を２次ボンディングと称することが一般的である）。しかし、本発明の効果は、半導体素子３側で顕著に得られるため、上述した実施の形態においては、半導体素子３側（１次ボンディング側）についてのみ詳細に述べている。
【００３５】
（実施例１）
（試料）
Ｃｕワイヤとして、直径φ：３０μｍ、Ｃｕ純度９９．９９％の、田中電子工業株式会社製のＴＰＣＷを用意した。また、半導体素子として、日立超ＬＳＩ株式会社製のＴＥＧチップを用意した。ＴＥＧチップは、１５０μｍピッチでφ７０μｍ開口のＤａｉｓｙパターンを有する１０ｍｍ□×ｔ０．２５ｍｍ（縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ０．２５ｍｍ）のチップである。当該チップに形成されているボンディングパッド８は、ＳｉＯ２／Ａｌ−Ｓｉ／窒化チタン（ＴｉＮ）／Ａｌ―Ｓｉ＝１５０／１００／５００／１００／１０００ｎｍという積層構造を有する。なお、今回の実験では形成していないが、ＳｉＯ２とＡｌ−Ｓｉとの間には、密着強度を向上させるために、約７０ｎｍの厚みのＴｉＮ層を挿入してもよい。さらに、ＴｉＮ層は、ＴｉとＴｉＮの２層から形成されてもよい。
【００３６】
上述したチップについて、実施例の試料として、図１に示すように、開口部１６の径が７０μｍであるのに対して、中央部に（上記Ａｌ−Ｓｉ層とＡｌ−Ｓｉ層との間に）直径３０μｍの応力緩和膜６としての上記ＴｉＮを形成したチップを準備した。
【００３７】
また、比較例の試料として、図５に示すように、開口部１１６よりも大きい範囲でバリアメタル層１０６としてのＴｉＮを形成したチップを準備した。
【００３８】
また、Ｃｕフレームとして、厚さ０．５ｍｍの無酸素銅に、銀めっきを５μｍ施したものを用意した。Ｃｕフレーム表面に、ソルダーペーストとして、例えばＭ１０−３７４ＦＳ（合金組成：Ｓｎ−５Ｓｂ：ｗｔ％、融点約２４０℃）を１２ｍｍ□開口（縦１２ｍｍ×横１２ｍｍの開口パターン）を有する厚さ０．２ｍｍのステンレスマスクで印刷した。そして、当該ソルダーペースト表面上にチップ（半導体素子）を搭載後、２８０℃に設定されたホットプレート上でＣｕフレームを４０秒間加熱することにより、チップをＣｕフレーム表面にダイボンドすることができる。その後、チップが接続されたＣｕフレームをアセトンで超音波をかけながら５分間洗浄した。このようにして、実施例および比較例のダイボンドサンプルを得る。
【００３９】
（試験方法）
上記ダイボンドサンプルにおけるチップ（半導体素子）のボンディングパッドに、上記Ｃｕワイヤ１をボンディングするために用いる装置（ボンダ）として、例えば株式会社カイジョー製の、フルオートワイヤボンドＦＢ−８８０を使うことが出来る。この装置に、上述したダイボンドサンプルを載せ、また、Ｃｕワイヤをセットする。そして、４体積％水素と窒素との混合ガスを５Ｌ／ｍｉｎで、ボンディングツール近傍に吹き付けながら、ワイヤ長６ｍｍ、ループ高さ１００μｍの設定でワイヤボンディングを行なった。なお、チップのボンディングパッドに接続されたＣｕワイヤにピンセットで応力をかけて破断させたときに、破断モードがボール剥がれにならないような良好な接合が得られるように、ボンディングの条件（具体的には超音波パワーと荷重）をあわせ、時間については瞬時にフルパワーとなるように設定して、フルオートでワイヤボンディングを行なった。このときのボンディング温度を２２０℃とした。
【００４０】
そして、上記実施例および比較例の試料について、上記で設定した条件で、Ｃｕワイヤ１を５０本、それぞれ対応するボンディングパッド８へ５０箇所接続した。その後、２５箇所についてはワイヤプルテストを実施して破断モードを確認した。また、残り２５箇所については、それぞれの接合部断面を、樹脂に埋め込み後研摩し、電子顕微鏡で５０００倍にて観察した。
【００４１】
（結果）
実施例の試料については、ワイヤプルテストを行った２５箇所は全てネック切れで良好なモードであることを確認した。また、断面観察を行った２５箇所全てにおいて、図８に示したようなクラックが発生していないことを確認した。
【００４２】
一方、比較例の試料については、ワイヤプルテストを行った２５箇所について、２０箇所がボール界面剥がれと問題がある破断モードであった。また、断面観察を行った２０箇所について、図８に示したようなクラック１１２が発生していることを確認した。
【００４３】
以上のことから、本発明による半導体装置のボンディングパッド構造が、半導体素子へのダメージが低く、良好な初期接合性及び長期信頼性を有することが示された。
【００４４】
（実施例２）
実施例１の評価において、応力緩和膜６のＴｉＮを、Ｔｉ、タングステン、クロム、モリブデン、白金、タンタル、ニッケルに変えて、同様の実験を行った。その結果、同様の効果を確認した。
【００４５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
この発明は、Ｃｕワイヤを接合する半導体装置および半導体パッケージに対して特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００４７】
１，１０１  Ｃｕワイヤ、２，１０２  ボール部、３，１０３  半導体素子、４，１０４  絶縁層、５，１０５  第１配線層、６  応力緩和膜、７，１０７  第２配線層、８，１０８  ボンディングパッド、９  ツール、１０，１１０  排斥物、１１，１１１  合金層、１５，１１５  被覆層、１６，１１６  開口部、２０  半導体装置、２２  導電部、２３  フレーム、２４  半導体パッケージ、１０２ａ  ボール部表面、１０５ａ  残存する第１配線層、１０５ｂ  第１配線層からの排斥物、１０６  バリアメタル層、１０６ｂ  細かく破砕されたバリアメタル層、１０６ｃ  巻き込まれたバリアメタル層、１０７ａ  残存する第２配線層、１０７ｂ  第２配線層からの排斥物、１０８ａ  ボンディングパッド表面、１０９  ツール、１１２  クラック、１１８，１１９  矢印。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月25日(2012.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動素子と、
前記能動素子と電気的に接続されたアルミニウムを主成分とする電極と、
機械的強度が銅以上の応力緩和膜とを備え、
前記電極は、積層された２層のアルミニウムを主成分とする導電体層を含み、
前記応力緩和膜は、前記導電体層より幅が狭く、かつ前記導電体層の中央部において２層の前記導電体層の間に挟まれて配置されている、半導体装置。
【請求項２】
前記応力緩和膜が、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、白金、タンタル、ニッケル、またはこれらの合金のいずれかを含む、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
導電部を含むフレームと、
前記フレームに隣接して配置された請求項１に記載の半導体装置と、
前記半導体装置の前記電極と前記導電部とを電気的に接続する導電線とを備えた、半導体パッケージ。
【請求項４】
半導体基板上に能動素子を形成する工程と、
前記能動素子上にアルミニウムを主成分とする電極を形成する工程とを備え、
前記電極を形成する工程は、
積層された２層のアルミニウムを主成分とする導電体層を形成する工程と、
前記導電体層より幅が狭く、かつ前記導電体層の中央部において２層の前記導電体層の間に挟まれて配置され、機械的強度が銅以上の応力緩和膜を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記応力緩和膜が、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、白金、タンタル、ニッケル、またはこれらの合金のいずれかを含む、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
導電部を含むフレームを準備する工程と、
前記フレームに隣接して、請求項４に記載の製造方法により製造された半導体装置を配置する工程と、
前記半導体装置の前記電極と前記導電部とを導電線で接続する工程とを備えた、半導体パッケージの製造方法。
【国際調査報告】
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